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高速远程滑坡具有高速度、强动能以及强烈的流体化特点。它的发生表现出极强的隐蔽性和突发性以及高位高速远程运动特点,因此危害巨大。不仅仅造成了大范围的山河改观、建筑损毁和人员伤亡,还遗留下巨量的崩滑碎屑堆积物。高速远程滑坡经过启程加速,凌空飞行,碰撞解体这几个运动阶段,在后期往往是以一种碎屑流形式继续运动,因此就演变成一种新的地质灾害,即高速远程滑坡—碎屑流。高速远程滑坡—碎屑流的运动速度非常大往往达到了30m/s及以上,造成十分严重的灾害。自从上个世纪60年代以来,国内外发生了很多次的大型高速远程滑坡—碎屑流,引起一系列灾难性事故,造成国内国外严重的生命财产损失。高速远程滑坡—碎屑流所造成的地质灾害极为严重,波及范围大,早已引起国内外工程技术人员的关注。高速远程滑坡—碎屑流的运动过程一般比较复杂,如何产生高速度与超远距离位移往往是研究的难点。高速远程滑坡—碎屑流的运移机理也是国内外学者研究的热点问题。
高速远程滑坡—碎屑流往往给人民安全和人身财产造成重大灾害,早在19世纪末人们就开始了对它的运动机理研究,即高速远程效应机理的研究,经过一个多世纪的时间,到目前为止还没有形成公认的理论来解释它的高动能、高速度以及超远距离位移,更不用说对它产生的灾害范围进行预测。本课题依托于中国地质大学(武汉)唐辉明教授承担的中国地质调查局的科研项目:西部复杂山体地质灾害成灾研究、高速远程滑坡形成机制研究项目。因此本文选取重庆市武隆县一个古滑坡—羊角滩滑坡,对该高速远程滑坡—碎屑流的运动特征进行分析,得出了一定的结论,为高速远程滑坡—碎屑流运动机理研究提供了重要的研究内容。
本文第一章对研究意义、研究现状、研究目标、研究内容和技术路线逐一作了介绍;
第二章介绍了滑坡区自然地理及地理环境条件;
第三章主要从滑坡概况、滑坡区堆积物类型和空间分布、滑坡结构特征、滑坡滑体特征、基岩面空间形态特征以及滑坡后缘特征几个方面着手,介绍了羊角滩滑坡基本特征,并且分析了高速远程滑坡—碎屑流的运动机制;
第四章介绍了高速远程滑坡—碎屑流运动理论,开展两相流理论与碎屑流运动相结合的研究,系统的阐述了高速远程滑坡—碎屑流的运动规律,从共性与个性方面分析了碎屑流运动理论,推导了固液型和固气型这两种典型碎屑流运动方程,并对羊角滩滑坡—碎屑流运动过程的速度进行计算;
第五章主要介绍了颗粒离散单元法理论及PFC2D软件,提出用颗粒离散单元法来模拟高速远程滑坡—碎屑流运动。利用颗粒离散元理论及PFC2D数值模拟软件,对羊角滩滑坡—碎屑流的运动全过程进行模拟研究。主要内容包括模型细观参数确定,建立模型,运动过程模拟以及结果分析,总结出羊角滩高速远程滑坡—碎屑流运动特点。在前人研究基础之上,针对不同的影响因子比如碎屑流体积、碎屑流高度、坡面的坡脚以及地面摩擦系数,研究这些不同的影响因子对碎屑流最大运动距离的影响,总结了碎屑流最大运动距离随不同影响因子的变化规律;
第六章是结论和展望,主要内容是对完成的工作进行了总结,并对以后的研究工作提出了展望。
本文分析高速远程滑坡—碎屑流运动机制得出的结论是:高速远程滑坡—碎屑流的运动机制主要包括两个方面:即滑坡的启动机制和高速远程运动机制。其中高速远程运动机制又包括了高速机制与远程机制。影响高速的因素有:
(1)地震累积效应;
(2)滑坡高位势能;
(3)孔隙气化效应。
影响远程的因素有:
(1)滑体规模;
(2)气垫效应;
(3)滑体碎屑化效应;
(4)地形地貌作用。
本文采用干碎屑流运动方程计算出羊角滩高速远程滑坡—碎屑流运动速度为42.292m/s,碎屑流运动初始阶段到停积阶段的历时为70.6s。
本文采用PFC2D软件模拟羊角滩高速远程滑坡—碎屑流运动过程得出的结论有:整个运动堆积过程可以分为三个阶段:即碎屑启动加速阶段、碎屑碰撞解体阶段以及碎屑运动停积阶段。整个过程是多能级多冲程运动阶段。碎屑流在整个模拟过程中,都体现出明显的流动性和离散性特点。研究不同的影响因子比如碎屑流体积、碎屑流高度、坡面的坡脚以及地面摩擦系数对碎屑流最大运动距离的影响得出的结论是碎屑流最大运动距离随碎屑流体积、高度,斜坡坡脚的增大而增大,相互之间两者呈近似线性关系;随地面摩擦系数的增大而减小,两者之间呈近似负指数关系。